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        發(fā)動機主軸承蓋螺栓擰緊機的柔性化生產(chǎn)分析

        2018-03-29 07:19:48
        機電信息 2018年9期
        關鍵詞:機種工控機螺栓

        劉 洪

        (廣州市嘉特斯機電制造有限公司,廣東廣州510850)

        0 引言

        作為汽車的動力心臟,一臺合格的汽油或柴油發(fā)動機要持續(xù)不斷地輸出動力,將每一次活塞運動轉(zhuǎn)換為機械傳動,就少不了曲軸的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)動力輸出,因此曲軸的配合間隙和螺栓固定至關重要。

        每一個主軸承蓋螺栓是否擰緊合格都關系到汽車動力輸出是否正常,而隨著汽車車型的增加,因為成本高以及人員、產(chǎn)房設備、產(chǎn)能問題,又不能每款發(fā)動機都單獨使用一條獨立的生產(chǎn)線生產(chǎn),因此混線生產(chǎn)不可避免,于是一臺對應多機種的發(fā)動機主軸承蓋螺栓擰緊機為適應不同位置的螺栓就必須能實現(xiàn)變距。為了保障變距的順利和準確性,就少不了先進的伺服系統(tǒng)。同時,擰緊每一顆螺栓的動力也由簡單的扭力輸出變?yōu)樗欧Q緊軸,具有先進的扭力和角度控制功能,并能將擰緊數(shù)據(jù)傳輸給工控機存儲,再由工控機上傳給整個生產(chǎn)系統(tǒng)管理服務器,以便對每一臺發(fā)動機的每一個螺栓數(shù)據(jù)進行實時跟蹤。

        1 設備結(jié)構

        基于柔性化生產(chǎn),發(fā)動機主軸承蓋螺栓擰緊機主要構成包括設備基體、變距機構、擰緊系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。設備采用龍門式主框架結(jié)構(跨生產(chǎn)線),包括龍門式本體平臺、工件舉升定位機構、工件插銷定位機構、設備防護機構及其他配件等。要求設備基體所有的安全門必須安裝安全門鎖。

        2 變距機構

        舉升定位機構及插銷定位機構采用氣缸驅(qū)動,采用直線導軌的形式;其余所有變距機構采用伺服電機+絲桿+直線導軌的形式實現(xiàn)。擰緊機6支擰緊軸分為IN、EX兩側(cè)擰緊變距機構(圖1),每側(cè)各3支擰緊軸,3支擰緊軸可沿X軸方向(線體流動方向)同步變距(兩側(cè)軸與曲軸中心的距離保持相等)。要求各擰緊軸能實現(xiàn)Y方向(水平面、垂直于線體方向)單獨變距,同時所有擰緊軸能實現(xiàn)Z軸方向(豎直方向)整體變距。

        3 擰緊系統(tǒng)

        設備安裝有6套(不含擰緊系統(tǒng)備件)擰緊系統(tǒng)(圖2),每套擰緊系統(tǒng)均包含擰緊軸、控制器、通信電纜、電源、永久擰緊系統(tǒng)軟件使用權限及其他擰緊系統(tǒng)正常運行所需部件。

        擰緊系統(tǒng)技術要求如下:

        (1)擰緊軸精度要求:力矩為±3%N·m,角度為±1°,CPK值要求達到需方規(guī)格值范圍(≥1.33)。

        圖1 伺服變距機構

        圖2 擰緊機總體布局圖

        (2)擰緊軸能實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)扭矩控制,并具備角度控制功能。

        (3)擰緊軸帶有擰緊數(shù)據(jù)(扭矩值、角度值)輸出端口,具備對擰緊數(shù)據(jù)進行存儲的功能,預設計算機聯(lián)網(wǎng)接口。

        (4)擰緊軸套筒單元:包括套筒快速接頭,數(shù)量為8套。

        4 電氣控制系統(tǒng)

        主要包括電柜(配備空調(diào))、PLC控制系統(tǒng)、控制面板(由觸摸屏和控制箱構成)、狀態(tài)顯示面板、安全器件、條形碼掃描系統(tǒng)、工控機、RFID系統(tǒng)等,要求如下:

        (1)PLC I/O端口預留兩個以上的擴展槽;

        (2)PLC與其他裝置(如觸摸屏)的通信不能占用CPU本體自帶通信口,并預留至少一個空余以太網(wǎng)絡接口;

        (3)PLC系統(tǒng)與擰緊系統(tǒng)通過CC-LINK進行通信連接;

        (4)設備電氣控制系統(tǒng)統(tǒng)一安裝在控制電柜內(nèi),電柜要求配置散熱空調(diào),柜內(nèi)配有AC 220 V兩孔及三孔電源插座,方便筆記本電腦等外部用電設備使用,并有筆記本支架、文件盒;

        (5)配備工控機,擰緊結(jié)果數(shù)據(jù)通過擰緊系統(tǒng)在工控機顯示,并形成數(shù)據(jù)文件、故障代碼文件等,文件以“aezzc”命名,一個文件容量大小為100M,當文件滿100M時,自動生成下一個文件,文件名在后面加1,即“aezzc1”,再下一文件即“aezzc2”,以此類推,所有擰緊數(shù)據(jù)要求永久性保存。

        5 電氣控制/擰緊數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)技術要求

        (1)設備帶有自動掃描槍,工件到位后對發(fā)動機號碼進行掃描,然后保存發(fā)動機號碼及其對應的擰緊結(jié)果,以便追溯管理(以Excel格式的報表保存,內(nèi)容形式:日期+時間+發(fā)動機號碼+擰緊數(shù)據(jù)+判斷結(jié)果),保存文件的名稱遵循規(guī)定要求。

        (2)設備帶有RFID數(shù)據(jù)串口及讀取設備,數(shù)據(jù)傳輸統(tǒng)一采用CC-LINK形式,配置RFID讀取頭、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲等硬件,設備出廠時該功能必須達到能實現(xiàn)使用RFID硬件完成發(fā)動機號碼信息自動讀取并與擰緊結(jié)果數(shù)據(jù)配套存儲到系統(tǒng)追溯管理數(shù)據(jù)庫中的要求。

        (3)設備能監(jiān)控所有信號狀態(tài),發(fā)生報警時記錄故障類型,在人機界面能查詢最近10次報警記錄,在工控機中能查詢所有的歷史報警記錄,所有報警信息(報警時間、報警類型、異常信號、報警時長等)以Excel格式存儲在工控機中。

        6 機型識別要求

        (1)機型對比識別:舉升定位機構上設有機種檢測機構,采用4個接近開關的組合檢測各機種基準夾具凹凸位,以實現(xiàn)區(qū)分。

        (2)防錯功能要求:根據(jù)零件外形差異,設置機型區(qū)分防錯功能。

        7 單次循環(huán)動作

        前工位上料并檢測托盤姿態(tài)→工件到位并檢測工件有無→氣缸舉升托盤脫離輥道→氣缸驅(qū)動插銷壓緊滑臺機構下降,定位基準夾具→機種識別(檢測基準夾具凹凸位并根據(jù)工件外形差異區(qū)分機種)→根據(jù)機型,自動切換擰緊軸的X、Y向間距→同時擰緊機構Z向伺服電機驅(qū)動擰緊機構下降到位→擰緊軸依次擰緊主軸承蓋螺栓→擰緊機構上升,自動切換擰緊軸的Y向間距→同時Z向擰緊機構再次下降到位→擰緊軸再次擰緊主軸承蓋螺栓→擰緊OK,擰緊機構上升,插銷壓緊滑臺機構上升,阻擋氣缸放行,工件進入下一工位;擰緊NG,自動報警,阻擋氣缸放行,工件進入返修工位進行返修→下一循環(huán)。

        8 結(jié)語

        放眼當前,主軸承蓋擰緊機正由半自動設備向全自動設備邁進,本文所述設備滿足小于35 s/臺的節(jié)拍要求,但要做到無螺栓無預擰且滿足節(jié)拍要求,就要設計十軸主軸承蓋螺栓擰緊機,并追加螺栓自動上料機,以實現(xiàn)對應多機種的全自動伺服變距柔性化生產(chǎn),并做到全程無人操作。在生產(chǎn)批量大、多機種混線生產(chǎn)的背景下,全面實現(xiàn)生產(chǎn)的無人化、自動化、智能化、柔性化,符合工業(yè)4.0的發(fā)展要求,故而在一次性投資許可的情況下,采用主軸承蓋螺栓擰緊機正是大勢所趨。

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